利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法技术

本发明专利技术提供了利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法，将杨木粉、低共熔溶剂和酸混合后，加热至150～200℃进行反应，将反应后的物料过滤获得微晶纤维素；所述低共熔溶剂为由氯化胆碱、聚乙二醇、1,4‑丁二醇为原料制备获得，所述酸的添加量为杨木粉质量的20～35％。本发明专利技术采用由含有少量酸的低共溶溶剂体系处理杨木粉，能够省略漂白和酸解粗纤维素等过程，操作步骤简单，同时对设备腐蚀更少，工作环境安全。

Preparation of microcrystalline cellulose from poplar powder by low eutectic solvent and acid treatment

【技术实现步骤摘要】
利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法
本专利技术属于微晶纤维素制备及应用领域，涉及利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。微晶纤维素是由天然纤维素通过化学法或生物法处理后水解至极限聚合度的白色粉末状物质，具有很高的结晶度，粒径范围通常为20～80μm，极限聚合度在15～375，是纤维素的另一种形式的多功能高分子材料。微晶纤维素主要由以纤维素为主体的有机物(约99.95％)和微晶无机物(约0.05％)两部分组成，其制备原料主要是纤维素含量较高的木材和一些非木材类植物纤维原料，如棉花和农作物秸秆等。微晶纤维素不仅具有热稳定性好、聚合度低、模量高和流动性强等特性，还具有亲水性好、绿色无污染和生物相容性好等优点，在聚氨酯工业、轻化工业、化妆品行业、食品行业和医药工业等领域应用广泛。据本专利技术的专利技术人研究了解，目前微晶纤维素的制备方法主要是酸水解法和酶水解法，其中最常用的是酸水解法，使用的酸有盐酸、硫酸、磷酸、草酸和磷钨酸等。但是酸水解法制备微晶纤维素的过程中会存在着浓酸腐蚀设备、废液难处理、反应体系中存在大量剩余酸和杂质、所得产物需要进行多次洗涤、耗水量巨大和制备过程繁琐等缺点。酶水解法是一种新型的微晶纤维素的制备方法，目前主要通过纤维素酶制备微晶纤维素，纤维素酶中的葡萄糖内切酶能够随机水解切断无定形区的纤维素分子链，形成大量的结晶纤维素分子，使纤维素水解至极限聚合度形成微晶纤维素。相对于酸水解法制备微晶纤维素，生物酶法具有工艺条件温和、化学药品用量少和绿色无毒等优点。但是生物酶法制备微晶纤维素也存在一些缺点：如纤维素结晶度较低，制备成本高，反应条件比较苛刻，对酶解温度、酶解底物、酶解时间和溶液pH都有一定的要求。如果反应条件太弱，生物酶活性太低，有可能无法完全水解无定形区；反应条件太强则有可能导致生物酶失去活性或者酶解过度，使纤维素结构受到损坏。此外，无论是酸水解法还是酶水解法，在预处理阶段均需要对原料进行多次酸碱处理和漂白，进而脱除木质素、半纤维素和抽出物等物质，处理过程十分繁琐。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法，无需对原料进行酸碱处理、漂白等处理，简化制备过程，而且能够降低酸的用量(尤其能够降低以硫酸的用量)，从而解决酸水解法制备微晶纤维素的问题。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一方面，一种利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法，将杨木粉、低共熔溶剂和酸混合后，加热至150～200℃进行反应，将反应后的物料过滤获得微晶纤维素；所述低共熔溶剂为由氯化胆碱、聚乙二醇、1,4-丁二醇为原料制备获得，所述酸的添加量为杨木粉质量的25～35％。本专利技术利用低共熔溶剂体系中各组分之间形成的氢键使木质素中的醚键断裂所需的活化能降低，脱除木粉中的木质素和半纤维素组分，保留木粉中的纤维素组分，同时在在含有少量酸的低共溶体系中，纤维素的非结晶区易被降解，从而获得微晶纤维素。本专利技术利用低共熔溶剂协同酸处理制备微晶纤维素，不仅省略了酸碱处理和漂白等去除木质素、半纤维素等物质的步骤，而且降低了酸的用量(例如，现有的硫酸水解法对硫酸的需求量远大于木粉质量的35％)。经过实验发现，采用氯化胆碱、聚乙二醇和1,4-丁二醇制备得到低共熔溶剂，利用低共熔溶剂和少量酸作为反应溶剂体系处理杨木粉，无需酸碱处理及漂白等预处理步骤去除木质素、半纤维素等物质，仅需要过滤产物，最终获得的微晶纤维素中木质素、半纤维素基本去除完全，且微晶纤维素的得率较高。另一方面，一种微晶纤维素，由上述利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法获得。本专利技术制备的微晶纤维素具有聚合度低、纯度高、热稳定性好、性能优良等特点。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术以低共熔溶剂和少量酸作为反应溶剂体系，不仅省略了漂白和酸解粗纤维素等过程，而且降低了酸的使用量(尤其降低硫酸的使用量)，简化了工艺流程，同时减少酸对设备的腐蚀。2.本专利技术制备微晶纤维素的聚合度低、纯度高、热稳定性好，性能优良，且微晶纤维素的得率较高。3.本专利技术制备后的低共熔溶剂可以回收再次使用，所以本专利技术提供的方法是一种绿色的微晶纤维素的制备方法。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本专利技术所述的低共熔溶剂是一种类离子液体，由一定摩尔比的氢键受体(如季铵盐)和氢键供体(如羧酸、多元醇)组成的低温共熔混合物。本专利技术所述的木粉由木材粉碎获得。鉴于现有制备微晶纤维素存在过程复杂、酸水解过程中酸的添加量较高等缺陷，本专利技术提出了利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法。本专利技术的一种典型实施方式，提供了一种利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法，将杨木粉、低共熔溶剂和酸混合后，加热至150～200℃进行反应，将反应后的物料过滤获得微晶纤维素；所述低共熔溶剂为由氯化胆碱、聚乙二醇、1,4-丁二醇为原料制备获得，所述酸的添加量为杨木粉质量的25～35％。本专利技术利用低共熔溶剂体系中各组分之间形成的氢键使木质素中的醚键断裂所需的活化能降低，脱除木粉中的木质素和半纤维素组分，保留木粉中的纤维素组分，同时在在含有少量酸的低共溶体系中，纤维素的非结晶区易被降解，从而获得微晶纤维素。本专利技术利用低共熔溶剂协同酸处理制备微晶纤维素，不仅省略了酸碱处理和漂白等去除木质素、半纤维素等物质的步骤，而且降低了酸的用量(例如，现有硫酸水解法对硫酸的需求量远大于木粉质量的35％)。经过实验发现，采用氯化胆碱、聚乙二醇和1,4-丁二醇为原料制备低共熔溶剂，进行低共熔溶剂协同酸处理时，无需酸碱处理和漂白等去除木质素、半纤维素等物质的步骤，仅需要过滤产物，最终获得的微晶纤维素中木质素、半纤维素基本去除完全，且微晶纤维素的得率较高。本专利技术能够获得聚合度在220～375，纯度在97％～99％，粒径≤75μm的杨木微晶纤维素。该实施方式的一种或多种实施例中，杨木粉、低共熔溶剂和酸反应的温度为155～165℃。该实施方式的一种或多种实施例中，杨木粉、低共熔溶剂和酸反应的时间为4～8h。经过实验发现，微晶纤维素的得率、木质素的去除率与反应时间有关，当反应时间4～8h时，能够保证木质素去除率和微晶纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法，其特征是，将杨木粉、低共熔溶剂和酸混合后，加热至150～200℃进行反应，将反应后的物料过滤获得微晶纤维素；所述低共熔溶剂为由氯化胆碱、聚乙二醇、1,4-丁二醇为原料制备获得，所述酸的添加量为杨木粉质量的20～35％。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法，其特征是，将杨木粉、低共熔溶剂和酸混合后，加热至150～200℃进行反应，将反应后的物料过滤获得微晶纤维素；所述低共熔溶剂为由氯化胆碱、聚乙二醇、1,4-丁二醇为原料制备获得，所述酸的添加量为杨木粉质量的20～35％。


2.如权利要求1所述的利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法，其特征是，杨木粉、低共熔溶剂和酸反应的温度为155～165℃；
或，杨木粉、低共熔溶剂和酸反应的时间为4～8h。


3.如权利要求1所述的利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法，其特征是，所述酸是浓度为质量分数为96～99％的硫酸溶液；
或，杨木粉、低共熔溶剂和酸的质量比为1:15～25:0.25～0.35；
或，氯化胆碱、聚乙二醇、1,4-丁二醇的质量比为4.5～5.5:15.5～16.5:3.5～4.5。


4.如权利要求1所述的利用低共熔溶剂协同酸处理杨木粉制备微晶纤维素的方法，其特征是，将杨木粉进行苯醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨桂花，颜家强，张凯，陈嘉川，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37